Светоэкситоны (поляритоны).

До сих пор экситон большого радиуса рассматривался как квазичастица, подобная атому водорода или позитронию. Однако известно, что в микромире каждой частице соответствует волна и, наоборот, любой волновой процесс можно описать на языке корпускул. Двойственную корпускулярно-волновую природу имеют электроны, фотоны, фононы, плазмоны, магноны и другие частицы. Экситоны также не являются исключением. Их можно рассматривать как поляризационные волны в кристалле.

Предположим, что в кристалле одновременно распространяются экситоны и фотоны. Зависимость энергии фотонов от их волнового вектора равна

а связь энергии экситона с его волновым вектором дается формулой (8.6). Графики (8.6) и (8.24) приведены на рис. 28 (пунктирные кривые).

Как видно из рисунка, имеются экситоны и фотоны, которые характеризуются весьма близкими значениями волнового вектора и энергии. В области, где волновые векторы и энергии этих частиц близки, возникают волны смешанного типа [97, 199—201].

Дисперсионные кривые таких волн плавно переходят от кривой дисперсии фотонов к кривой дисперсии для чистых экситонов. Квазичастицы,

Рис. 28. Кривые дисперсии для фотонов вкситонов (2) и поляритонов (сплошные кривые)

соответствующие такому закону дисперсии, называются светоэксито-нами или поляритонами. Светоэкситон одновременно обладает и свойствами экситона, и свойствами фотона. Как экситон он рассеивается на фононах, а достигнув границы кристалла, может выйти из него как обычный фотон.

Как отмечалось выше (§ 5), введение представления об экситонах явилось значительным шагом вперед по сравнению с одноэлектронной зонной теорией кристаллов. Разработка модели светоэкситонов означает дальнейший прогресс в развитии наших представлений о реальных процессах в твердом теле. Из теории следует, что в отличие от экситонов бесфононное поглощение и испускание света поляритонами может носить нерезонансный характер, т. е. линии поглощения и испускания смещены в спектре. Это происходит потому, что в поглощении и испускании света участвуют светоэкситоны, соответствующие различным участкам дисперсионной кривой Основной вклад в поглощение вносят поляритоны, у которых достаточно хорошо представлены свойства механических экситонов, способных рассеиваться на фононах. Наоборот, наибольшую вероятность выхода из кристалла имеют светоэкситоны, которые слабо рассеиваются на фононах, т. е. в меньшей степени обладают свойствами экситонов и в большей степени свойствами чистых фотонов. Имеются различия и в форме линий поглощения поляритонов и чистых экситонов [111,202].